Une équipe de recherche américaine a mis au point une technologie d’encre supramoléculaire, qui pourrait rendre les écrans à panneau plat et les appareils électroniques plus abordables et respectueux de l’environnement. Elle pourrait également s’étendre à la fabrication de films organiques imprimables pour les appareils portables, ainsi qu’à l’art et la sculpture luminescents.
Le principal chercheur, Peidong Yang, scientifique senior à Berkeley Lab et professeur de chimie et de science des matériaux à l’UC Berkeley, a expliqué : « En remplaçant les métaux précieux par des matériaux abondants sur Terre, notre technologie d’encre supramoléculaire pourrait changer la donne pour l’industrie des écrans OLED ».
Les écrans OLED sont utilisés progressivement dans le marché des écrans car ils sont plus légers, plus minces, consomment moins d’énergie et offrent une meilleure qualité d’image que les autres technologies de panneaux plats. Les OLED peuvent toutefois inclure des métaux rares et coûteux comme l’iridium.
Une matière pour une fabrication moins coûteuse et plus économe
La nouvelle matière, décrite par l’équipe de Berkeley Lab dans une étude récente publiée dans la revue Science, est composée de poudres contenant du hafnium (Hf) et du zirconium (Zr) qui peuvent être mélangées à basse température pour former une «encre» semi-conductrice.
De minuscules structures de «blocs de construction» moléculaires au sein de l’encre s’assemblent d’elles-mêmes en solution, un processus que les chercheurs appellent assemblage supramoléculaire. « Notre approche peut être comparée à la construction avec des blocs LEGO », a ajouté Cheng Zhu, co-premier auteur de l’article et doctorant en science des matériaux à l’UC Berkeley.
Des émetteurs de lumière bleue et verte hautement efficaces
Des expériences de spectroscopie à l’UC Berkeley ont révélé que les composites d’encre supramoléculaire sont des émetteurs de lumière bleue et verte très efficaces, deux signes de l’application potentielle du matériau comme émetteur OLED économe en énergie dans les affichages électroniques et l’impression 3D.
Des expériences optiques ultérieures ont révélé que les composés d’encre supramoléculaire émettant du bleu et du vert présentent ce que les scientifiques appellent une efficacité quantique proche de l’unité. « Cela démontre leur capacité exceptionnelle à convertir presque toute la lumière absorbée en lumière visible pendant le processus d’émission », a précisé Cheng Zhu.
Une encre supramoléculaire pour des applications variées
Pour démontrer la capacité de l’encre à ajuster la couleur et la luminosité en tant qu’émetteur OLED, les chercheurs ont fabriqué un prototype d’écran à film mince à partir de l’encre composite. Ils ont constaté que le matériau est adapté pour les affichages électroniques programmables.
Des expériences supplémentaires ont montré que l’encre supramoléculaire est également compatible avec les technologies d’impression 3D, comme pour la conception d’éclairage OLED décoratif.
Cheng Zhu a indiqué que les fabricants pourraient également utiliser l’encre supramoléculaire pour fabriquer des appareils portables ou des vêtements high-tech qui s’illuminent pour la sécurité dans des conditions de faible luminosité, ou des appareils portables qui affichent des informations grâce aux structures lumineuses supramoléculaires.
Une avancée vers des matériaux durables et économiques
L’encre supramoléculaire est une autre démonstration du laboratoire de Peidong Yang de nouveaux matériaux durables qui pourraient permettre une fabrication de semi-conducteurs rentable et économe en énergie. L’année dernière, Yang et son équipe ont rapporté une nouvelle «encre à éléments multiples» – le premier semi-conducteur « à haute entropie » qui peut être traité à basse température ou à température ambiante.
Avec leur stabilité démontrée et leur durée de conservation, les composés d’encre supramoléculaire pourraient également aider à l’avancement commercial des pérovskites à halogénure ionique, un matériau solaire à film mince que l’industrie de l’affichage observe depuis des décennies. En revanche, la nouvelle encre supramoléculaire – qui appartient à la famille des pérovskites à halogénure ionique – offre une formulation sans plomb sans compromettre les performances.
En synthèse
La recherche sur l’encre supramoléculaire menée par le Berkeley Lab ouvre des perspectives prometteuses pour l’industrie des écrans OLED et au-delà. En utilisant des matériaux abondants sur Terre, cette technologie pourrait réduire les coûts et l’impact environnemental de la production d’écrans et d’appareils électroniques. Les propriétés d’émission de lumière efficace et la compatibilité avec l’impression 3D élargissent son champ d’application potentiel, incluant l’éclairage décoratif et les vêtements high-tech.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’encre supramoléculaire et comment est-elle utilisée ?
L’encre supramoléculaire est un matériau semi-conducteur composé de poudres de hafnium et de zirconium qui s’auto-assemblent en solution. Elle est utilisée comme émetteur de lumière dans les écrans OLED, offrant une alternative aux métaux rares et coûteux traditionnellement utilisés.
Quels sont les avantages de l’encre supramoléculaire ?
Les avantages incluent un coût inférieur, une abondance des matériaux sur Terre, une efficacité énergétique accrue et une fabrication à basse température, ce qui réduit la consommation d’énergie et les coûts de production.
L’encre supramoléculaire peut-elle être utilisée dans d’autres applications ?
Oui, elle peut être utilisée dans l’impression 3D, l’éclairage décoratif OLED, les vêtements high-tech lumineux et les appareils portables qui affichent des informations.
Quelle est l’efficacité de l’encre supramoléculaire en tant qu’émetteur de lumière?
Les composés d’encre supramoléculaire ont démontré une efficacité quantique proche de l’unité, ce qui signifie qu’ils sont capables de convertir presque toute la lumière absorbée en lumière visible.
Quels sont les défis potentiels pour l’adoption de l’encre supramoléculaire ?
Les défis incluent l’intégration de cette nouvelle technologie dans les processus de fabrication existants, la mise à l’échelle de la production et la garantie de la stabilité et de la durée de vie des matériaux dans les applications commerciales.
Références
Légende illustration : Structures luminescentes en forme de tour Eiffel imprimées en 3D à partir d’encre supramoléculaire. Chaque dispositif de 2 centimètres de haut est fabriqué à partir d’une encre supramoléculaire qui émet une lumière bleue ou verte lorsqu’elle est exposée à une lumière ultraviolette de 254 nanomètres. Crédit : Peidong Yang et Cheng Zhu/Berkeley Lab.
Article : « Supramolecular assembly of blue and green halide perovskites with near-unity photoluminescence » – DOI: doi/10.1126/science.adi4196
